Диагностика состояния ОПН 110 кВ и выше с полимерной изоляцией в процессе эксплуатации

Page 1
background image

Page 2
background image

94

П

рофилактические

 

испытания

 

ограничителей

 

перенапряжений

 (

ОПН

проводят

 

в

 

соответ

-

ствии

 

с

 

РД

 34.45-51.300-97 «

Объем

 

и

 

нормы

 

испытаний

 

электрооборудования

». 

Они

 

со

-

стоят

 

из

 

измерения

 

сопротивления

 

ограничителя

из

-

мерения

 

тока

 

проводимости

 

или

 

проведения

 

тепло

-

визионного

 

контроля

 

ОПН

.

Каждый

 

из

 

методов

 

имеет

 

свои

 

достоинства

 

и

 

не

-

достатки

При

 

тепловизионном

 

контроле

 

фиксируют

-

ся

 

значения

 

температуры

 

по

 

высоте

 

и

 

по

 

периметру

 

ограничителя

а

 

также

 

зоны

 

с

 

локальными

 

нагревами

Задачи

 

диагностики

 

ОПН

 

должны

 

заключаться

 

в

 

выявлении

 

факторов

 

развития

 

дефектов

 

в

 

изоля

-

ционной

 

покрышке

 

и

 

варисторной

 

колонке

которые

 

проявляются

 

в

 

увеличении

 

воздействующего

 

напря

-

жения

 

в

 

части

 

варисторной

 

колонки

 

ОПН

 

больше

 

до

-

пустимой

 

величины

.

Развитие

 

дефектов

 

в

 

изоляционной

 

покрышке

 

в

 

большинстве

 

случаев

 

связано

 

с

 

плохой

 

адгезией

 

резиновой

 

оболочки

 

со

 

стеклопластиковой

 

трубой

 

и

как

 

следствие

попаданием

 

влаги

Что

 

приводит

 

к

 

образованию

 

проводящего

 

трека

 

в

 

стеклопластике

За

 

счет

 

емкостных

 

связей

 

развитие

 

трека

 

приводит

 

к

 

шунтированию

 

части

 

варисторов

 

и

 

повышению

 

воз

-

действующего

 

напряжения

 

на

 

остальные

 

варисторы

 

ОПН

За

 

допустимую

 

величину

 

напряжения

 

в

 

варистор

-

ной

 

колонке

 

или

 

на

 

отдельных

 

варисторах

 

необхо

-

димо

 

принять

 

значение

 

испытательного

 

напряжения

 

при

 

проведении

 

квалификационных

 

испытаний

 

ОПН

 

(

секции

 

ОПН

варисторов

на

 

старение

Обычно

 

ис

-

пытательное

 

напряжение

 

составляет

 

U

исп

 = 1,1

U

нро

которое

 

учитывает

 

допустимую

 

степень

 

неравномер

-

ности

 

распределения

 

электрического

 

поля

 

вдоль

 

ко

-

лонки

 

варисторов

При

 

увеличении

 

воздействующего

 

напряжения

 

свыше

 

U

исп

 

в

 

колонке

 

варисторов

 

ОПН

 

может

 

произойти

 

деградация

 

варисторной

 

керамики

 

и

 

старение

 

варисторов

При

 

этом

 

происходит

 

значи

-

тельное

 

увеличение

 

активной

 

составляющей

 

тока

 

утечки

 

и

 

мощности

 

потерь

.

Активная

 

составляющая

 

тока

 

ОПН

 

сильно

 

зави

-

сит

 

от

 

величины

 

приложенного

 

синусоидального

 

на

-

пряжения

Нелинейность

 

вольтамперной

 

характери

-

стики

 

варисторов

 

при

 

приложении

 

синусоидального

 

напряжения

 

производит

 

высшие

 

нечетные

 

гармони

-

ки

 

в

 

полном

 

токе

 

утечки

Высшие

 

гармоники

 

тока

 — 

3, 5, 7 

и

 

т

.

д

характеризуют

 

активную

 

составляющую

 

тока

Гармоническое

 

содержание

 

зависит

 

от

 

величи

-

ны

 

активной

 

составляющей

 

тока

 

и

 

степени

 

нелиней

-

ности

которая

в

 

общем

 

случае

является

 

функцией

 

напряжения

 

и

 

температуры

Например

содержание

 

третьей

 

гармоники

 

к

 

полному

 

активному

 

току

 

состав

-

ляет

 

от

 10% 

до

 20%. 

Наличие

 

высших

 

гармоник

 

ак

-

тивного

 

тока

протекающего

 

через

 

варистор

может

 

быть

 

использовано

 

как

 

индикатор

 

состояния

 

нели

-

нейного

 

ограничителя

 

перенапряжений

Дополни

-

тельный

 

ток

 

утечки

связанный

 

с

 

увлажнением

 

слоя

 

загрязнения

 

на

 

поверхности

 

изоляции

в

 

большей

 

степени

 

влияет

 

на

 

величину

 

тока

 

основной

 

частоты

 

и

 

в

 

меньшей

 

степени

 — 

на

 

увеличение

 

тока

 

нечет

-

ных

 

гармоник

.

На

 

рисунке

 1 

показаны

 

экспериментальные

 

зави

-

симости

 

относительного

 

роста

 

тока

 

третьей

 

гармо

-

ники

 

для

 

ОПН

-110 

кВ

 

и

 

ОПН

-500 

кВ

изготовленные

 

на

 

варисторах

 

фирмы

 «Epcos AG». 

Характерные

 

зависимости

 

относительного

 

роста

 

активного

 

тока

третьей

 

гармоники

 

тока

а

 

также

 

мощности

 

потерь

 

в

 

зависимости

 

от

 

напряжения

 

и

 

температуры

 

показа

-

ны

 

на

 

рисунках

 2 

и

 3 [1], 

отнесенные

 

к

 

аналогичным

 

показателям

 

при

 

U

нро

 

и

 

T

 = +20°C, 

соответственно

.

За

 

критерий

 

оценки

 

состояния

 

ОПН

 

с

 

полимерной

 

изоляцией

 

можно

 

использовать

 

значение

 

тока

 

тре

-

тьей

 

гармоники

который

 

характеризует

 

активную

 

со

-

ставляющую

 

тока

 

утечки

 

ОПН

.

Диагностика состояния ОПН 
110 кВ и выше с полимерной 
изоляцией в процессе 
эксплуатации

Колычев

 

А

.

В

.,

  

заместитель

 

директора

 

по

 

научной

 

работе

 

АО

 «

Полимер

-

Аппарат

»

Кемпонен

 

М

.

Э

., 

заместитель

 

директора

 

по

 

научной

 

работе

 

АО

 «

Полимер

-

Аппарат

»

ДИАГНОСТИКА 

И МОНИТОРИНГ

Табл

. 1. 

Степень

 

неисправности

 

ОПН

 110–750 

кВ

по

 

значениям

 

тока

 

третьей

 

гармоники

Увеличение

 

третьей

 

гармоники

 

тока

Принимаемые

меры

От

 1 

до

 2 

раз

Начальная

 

степень

 

дефекта

провести

 

очистку

 

внешней

 

изо

-

ляции

От

 2 

до

 3 

раз

 

Запланировать

 

дополнительные

 

испытания

 

ОПН

Свыше

 3-

х

 

раз

Аварийный

 

дефект

вывести

 

ап

-

парат

 

из

 

эксплуатации

 

в

 

течение

 

15 

дней

провести

 

дополнитель

-

ные

 

испытания

 

в

 

лаборатории


Page 3
background image

95

Относ

и

те

ль

ное

 

увеличение

о

.

е

.

10

8

6

4

2

0

0,8 0,9  1  1,1  1,2 1,3

U

/

U

НРО

ОПН

-110

ОПН

-500

Рис

. 1. 

Зависимости

 

тока

 

третьей

 

гармоники

 

ОПН

-110 

кВ

 

и

 

ОПН

-500 

кВ

 

от

 

приложенного

 

напряжения

 

при

 

использовании

 

различных

 

типов

 

варисторов

 

Как

 

видно

 

из

 

рисунков

 1–2, 

по

-

вышение

 

напряжения

 

на

 10% 

при

-

водит

 

к

 

росту

 

третьей

 

гармоники

 

в

 1,8–2 

раза

При

 

увеличении

 

при

-

ложенного

 

напряжения

 

до

 1,2

U

нро

 

рост

 

третьей

 

гармоники

 

происхо

-

дит

 

в

 4–4,5 

раза

Например

для

 

ОПН

-110 

кВ

 

значение

 

третьей

 

гармоники

 

при

 

U

нро

 

составляет

 

20 

мкА

для

 

ОПН

-500 

кВ

 — 40 

мкА

Допустимые

 

значения

 

тока

 

про

-

водимости

 

в

 

режиме

 

измерения

 

третьей

 

гармоники

 150 

Гц

 

для

 

ОПН

-110 

кВ

 

составляют

 

не

 

бо

-

лее

 60 

мкА

для

 

ОПН

-500 

кВ

 — 

120 

мкА

Соответственно

диагностику

 

ОПН

 

по

 

третьей

 

гармонике

 

можно

 

осуществлять

 

по

 

критерию

 

уве

-

личения

 

действующего

 

значения

 

(

таблица

 1).

При

 

эксплуатации

 

ОПН

 

в

 

рай

-

онах

 

с

 

сильным

 

загрязнением

 

ат

-

мосферы

 

перед

 

измерением

 

то

-

ков

 

проводимости

 

ограничителей

 

рекомендуется

 

провести

 

очистку

 

внешней

 

изоляции

 

мыльным

 

рас

-

твором

 

или

 

активными

 

раствора

-

ми

 

на

 

водной

 

основе

 

от

 

загрязне

-

ний

При

 

устойчивой

 

тенденции

 

увеличения

 

тока

 

проводимости

 

и

 

превышения

 

допустимых

 

значе

-

ний

 

аппараты

 

должны

 

быть

 

выве

-

дены

 

из

 

эксплуатации

 

для

 

прове

-

дения

 

испытаний

 

в

 

лаборатории

 

согласно

 

ПСИ

 

и

 

определения

 

при

-

чин

 

изменения

 

характеристик

 

ап

-

паратов

.  

Компания

  «

Полимер

-

Аппарат

» 

разработала

 

устройства

 

для

 

из

-

мерений

 

тока

 

проводимости

 

ОПН

 

под

 

рабочим

 

напряжением

К

 

ним

 

относятся

 

ИТУС

-1 

и

 

ИТУС

-2. 

При

-

бор

 

ИТУС

-1 

предназначен

 

для

 

комплексного

 

контроля

 

состояния

 

ОПН

Прибор

 

устанавливается

 

в

 

цепи

 

заземления

 

ограничителя

Устройство

 

позволяет

 

делать

 

из

-

мерение

 

амплитуды

 

и

 

действую

-

щего

 

значения

 1, 3 

и

 5 

гармоник

 

тока

 

утечки

 

ОПН

 110–750 

кВ

Вы

-

ход

 

прибора

 

из

 

строя

 

не

 

влияет

 

на

 

работу

 

ОПН

Также

 

ИТУС

-1 

регистрирует

 

импульсы

 

тока

про

-

текающие

 

через

 

ОПН

грозовой

 

импульс

 

тока

 

с

 

амплитудой

 1 

кА

 

и

 

более

коммутационный

 

им

-

пульс

 

тока

 

с

 

амплитудой

 0,2 

кА

 

и

 

более

Индикация

 

полученных

 

значений

 — 

цифровая

на

 

свето

-

диодном

 

индикаторе

Снятие

 

по

-

казаний

 

информации

 

происходит

 

Рис

. 2. 

Характерные

 

зависимости

 

активного

 

тока

третьей

 

гармоники

 

тока

 

и

 

мощности

 

потерь

 

ОПН

 

в

 

зависимости

 

от

 

приложенного

 

напряжения

–40 –20  0  20  40  60  80  100 120 140 160

Относ

и

те

ль

ное

 

увеличение

о

.

е

.

Температура

, º

С

активный

 

ток

12

10

8

6

4

2

0

третья

 

гармоника

 

тока

мощность

 

потерь

Рис

. 3. 

Характерные

 

зависимости

 

активного

 

тока

третьей

 

гармоники

 

тока

 

и

 

мощности

 

потерь

 

ОПН

 

в

 

зависимости

 

от

 

температуры

Относ

и

те

ль

ное

 

увеличение

о

.

е

.

Оношение

 

напряжений

 

U

/

U

нро

о

.

е

.

0,5 0,6  0,7  0,8 0,9  1  1,1  1,2 1,3

активный

 

ток

мощность

 

потерь

третья

 

гармоника

 

тока

6

5

4

3

2

1

0

 2 (71) 2022


Page 4
background image

96

ДИАГНОСТИКА 

И МОНИТОРИНГ

путем

 

нажатия

 

на

 

кнопки

 

прибора

расположенные

 

на

 

изоляционном

 

корпусе

 

без

 

касания

 

токоведущих

 

частей

.

Приборы

 

ИТУС

-1 

прошли

 

опытную

 

эксплуатацию

 

в

 

энергосистемах

 

России

 

и

 

имеют

 

соответствующие

 

сертификаты

.

Прибор

 

ИТУС

-2-LR, 

встраиваемый

 

в

 

шину

 

за

-

земления

 

ОПН

позволяет

 

с

 

помощью

 

пульта

 

сбора

 

данных

 

ИТУС

-

ПСД

-1 

дистанционно

 

проводить

 

из

-

мерения

 

тока

 

утечки

протекающего

 

через

 

ОПН

 

под

 

рабочим

 

напряжением

 

сети

.

Пульт

 

дистанционного

 

сбора

 

данных

 

ИТУС

-

ПСД

-1 

в

 

совокупности

 

с

 

набором

 

приборов

 

мони

-

торинг

 

состояния

 

ОПН

 

ИТУС

-2-LR 

образуют

 

бес

-

проводную

 

сеть

позволяющую

 

в

 

любой

 

момент

 

получить

 

информацию

 

о

 

состоянии

 

всех

 

ОПН

 

объ

-

екта

 (

электростанции

подстанции

 

и

 

т

.

д

.). 

Для

 

счи

-

тывания

 

и

 

просмотра

 

данных

 

о

 

состоянии

 

ОПН

 

к

 

ИТУС

-

ПСД

-1 

подключается

 

ПК

С

 

помощью

 

фир

-

менного

 

ПО

 

данные

 

передаются

 

в

 

ПК

где

 

они

 

могут

 

быть

 

сохранены

просмотрены

проанализированы

 

и

 

выведены

 

на

 

печать

 

в

 

виде

 

протокола

ИТУС

-

ПСД

-1 

имеет

 

возможность

 

передавать

 

данные

 

мо

-

ниторинга

 

ОПН

 

в

 

АСУ

 

ТП

 

подстанции

.

Питание

 

ИТУС

-2-LR — 

автономное

от

 

встроенно

-

го

 

элемента

 

питания

Средний

 

срок

 

службы

 

от

 

одно

-

го

 

элемента

 

питания

 — 

не

 

менее

 10 

лет

.

Передача

 

измеренных

 

параметров

 

осуществля

-

ется

 

автоматически

не

 

реже

 1 

раза

 

в

 

сутки

Также

 

передача

 

данных

 

может

 

быть

 

осуществлена

 

при

 

за

-

просе

 

обслуживающего

 

персонала

.

Система

 

позволяет

 

проводить

 

следующие

 

изме

-

рения

:

– 

амплитудного

 

значения

 

тока

 

утечки

 

ОПН

 (

в

 

поло

-

се

 

частот

 

от

 50 

Гц

 

до

 500 

Гц

от

 0,1 

мА

 

до

 10 

мА

;

– 

действующего

 

значения

 1, 3 

и

 5-

й

 

гармоник

 

тока

 

утечки

 

ОПН

 

от

 0,01 

мА

 

до

 10 

мА

– 

температуры

 

окружающего

 

воздуха

 

в

 

диапазоне

 

от

 –50°

С

 

до

 +50°

С

;

– 

регистрировать

 

число

 

срабатываний

 

ОПН

 

при

 

протекании

 

импульсных

 

токов

.

Достоинством

 

прибора

 

ИТУС

-2-LR 

является

 

воз

-

можность

 

встраивания

 

его

 

в

 

систему

 

АСУ

-

ТП

.

Применение

 

системы

 

мониторинга

 

состояния

 

ОПН

 

ИТУС

-2-LR 

допустимо

 

в

 

местах

 

с

 

повышенными

 

зна

-

чениями

 

электромагнитного

 

поля

где

 

работа

 

обслу

-

живающего

 

персонала

 

ограничена

 

по

 

времени

.

Система

 

комплексного

 

мониторинга

 

состояния

 

ОПН

 

имеет

 

положительный

 

опыт

 

эксплуатации

 

в

 

электрических

 

сетях

 

ПАО

 «

Россети

 

Юг

». 

При

 

экс

-

плуатации

 

не

 

было

 

нареканий

 

на

 

работу

 

приборов

 

ИТУС

-1 

и

 

пульта

 

передачи

 

данных

.

ТЕПЛОВИЗИОННЫЙ

 

КОНТРОЛЬ

 

ОПН

Появление

 

дефектов

 

в

 

изоляционной

 

покрышке

 

или

 

варисторной

 

сборке

как

 

правило

приводит

 

к

 

росту

 

температуры

 

в

 

данной

 

области

 

ОПН

Изменение

 

температуры

 

происходит

 

как

 

на

 

колонке

 

варисторов

так

 

и

 

на

 

внешней

 

изоляционной

 

покрышке

.

Критерии

 

удовлетворительной

 

оценки

 

состоя

-

ния

 

ограничителей

:

– 

все

 

ограничители

 (

в

 

случае

 

одинаковых

 

условий

 

их

 

эксплуатации

должны

 

иметь

 

одинаковый

 

на

-

грев

;

– 

превышение

 

температуры

 

ограничителя

 

над

 

тем

-

пературой

 

окружающей

 

среды

 

во

 

всем

 

диапазоне

 

рабочих

 

температур

 

окружающей

 

среды

 

не

 

долж

-

но

 

превышать

 

определенного

 

значения

 

T

– 

не

 

должно

 

отмечаться

 

точек

 

локального

 

нагрева

.

Недостатки

 

тепловизионной

 

диагностики

 

нели

-

нейных

 

ограничителей

 

перенапряжений

 

с

 

полимер

-

ной

 

изоляцией

:

– 

необходимо

 

учитывать

 

влияние

 

внешних

 

источни

-

ков

 

тепла

таких

 

как

 

нагрев

 

от

 

токоведущих

 

шин

нагрев

 

солнечным

 

светом

;

– 

фиксируются

 

значения

 

температуры

 

на

 

внешней

 

поверхности

 

полимерной

 

покрышки

 

ОПН

а

 

не

 

ва

-

ристорной

 

сборки

 

ОПН

;  

– 

температура

 

ОПН

 

зависит

 

от

 

токов

 

утечки

протекающих

 

по

 

поверхности

 

увлажненного

 

слоя

 

загрязнения

 

изоляционной

 

по

-

крышки

 

ОПН

 [2];

– 

температура

 

ОПН

 

зависит

 

от

 

внешних

 

факторов

 

охлаж

-

дения

 

ограничителя

 

и

 

кон

-

струкционных

 

особенностей

Температурные

 

зависимости

 

построены

 

исходя

 

из

 

тепловой

 

модели

 

ОПН

 

на

 

основе

 

урав

-

нений

 

осесимметричной

 

те

-

плопроводности

 

ОПН

которое

 

справедливо

 

в

 

пределах

 

высоты

 

варисторной

 

колонки

 

аппарата

 

[3, 4]. 

На

 

рисунке

 4 

представлена

 

зависимость

 

температуры

 

ва

-

ристорной

 

керамики

 

и

 

внешней

 

изоляционной

 

покрышки

 

в

 

зави

-

симости

 

от

 

мощности

 

активных

 

потерь

 

в

 

ОПН

.

Рис

. 4. 

Зависимость

 

превышения

 

температуры

 

ОПН

T

 

С

над

 

темпера

-

турой

 

окружающего

 

воздуха

 

(

T

окр

 = 20°

С

)

 

в

 

зависимости

 

от

 

активной

 

мощ

-

ности

выделяемой

 

в

 

ограничителе

: 1 — 

температура

 

варисторной

 

колонки

 

ОПН

; 2, 2' — 

температура

 

на

 

покрышке

 

и

 

ребрах

 

ОПН

; 2'' — 

температура

 

на

 

покрышке

 

ОПН

 

с

 

учетом

 

внешнего

 

охлаждения

Аб

со

л

ю

тн

о

е

  

превышение

  

T

, °

С

32

28

24

20

16

12

8

4

0

0 1 2 3 4 5

T

ном

 

1

2

T

д

T

д

2' 

2'' 

P

a

/

P

a, 

нро


Page 5
background image

97

ЛИТЕРАТУРА

1. 

ГОСТ

 

Р

 53735.5-2009. 

Раз

-

рядники

 

вентильные

 

и

 

огра

-

ничители

 

перенапряжений

 

нелинейные

 

для

 

электроуста

-

новок

 

переменного

 

тока

 

на

 

напряжение

 

от

 3 

до

 750 

кВ

Часть

 5. 

Рекомендации

 

по

 

выбору

 

и

 

применению

. URL: 

https://docs.cntd.ru/document/
1200081517. 

2. 

Дмитриев

 

В

.

Л

Диагностика

 

ОПН

 

в

 

эксплуатации

 // 

Но

-

вости

 

Электротехники

, 2007, 

 5 (47).

3. 

Колкунова

 

И

., 

Кадзов

 

Г

.

Д

., 

Титков

 

В

.

В

., 

Таджибаев

 

А

.

И

Исследование

 

тепловых

 

ре

-

жимов

 

в

 

ограничителях

 

пере

-

напряжения

 

при

 

различных

 

повреждениях

Материалы

 

Международной

 

научно

-

тех

-

нической

 

конференции

  «

Пе

-

ренапряжения

 

и

 

надежность

 

эксплуатации

 

электрообору

-

дования

». 

Санкт

-

Петербург

2003. 

4. 

Агавердиев

 

И

.

Н

., 

Эйвазов

 

Д

.

Г

., 

Титков

 

В

.

В

Особенности

 

те

-

плового

 

режима

 

нелинейных

 

ограничителей

 

перенапряже

-

ний

 

в

 

условиях

 

длительной

 

перемежающейся

 

дуги

 

зазем

-

ления

 // 

ЭЛЕКТРО

Электро

-

техника

электроэнергетика

электротехническая

 

промыш

-

ленность

, 2004, 

 6.

Кривая

 1 

соответствует

 

температуре

 

на

 

колонке

 

ва

-

ристоров

кривые

 2 

и

 2' — 

температуре

 

на

 

изоляцион

-

ной

 

покрышке

 

и

 

на

 

ребрах

кривая

 2'' — 

температуре

 

на

 

покрышке

 

с

 

учетом

 

факторов

 

внешнего

 

охлаждения

Как

 

видно

 

из

 

рисунка

 4, 

температура

 

варистор

-

ной

 

колонки

 

ОПН

 

может

 

значительно

 

отличатся

 

от

 

температуры

 

на

 

изоляционной

 

покрышке

За

 

допустимую

 

величину

 

перегрева

 

варистор

-

ной

 

колонки

 

можно

 

принять

 25°

С

температура

 

на

 

внешней

 

изоляции

 — 12–15°

С

При

 

этом

 

воздей

-

ствующее

 

напряжение

 

в

 

колонке

 

варисторов

 

или

 

в

 

ее

 

части

 

будет

 

превышать

 1,2 

U

нро

.

Соответственно

диагностику

 

ОПН

 

по

 

теплови

-

зионному

 

контролю

 

можно

 

осуществлять

 

по

 

крите

-

рию

 

превышения

 

температуры

 

ОПН

 

над

 

температу

-

рой

 

окружающего

 

воздуха

 (

таблица

 2).

Однозначно

 

определить

 

допустимую

 

темпе

-

ратуру

 

аппарата

 

без

 

учета

 

всех

 

факторов

 

пред

-

ставляется

 

достаточно

 

сложной

 

задачей

На

-

пример

при

 

увеличении

 

теплоотдачи

 

за

 

счет

 

внешнего

 

охлаждения

  (

например

ветра

темпе

-

ратура

 

может

 

значительно

 

отличаться

 

от

 

тем

-

пературы

 

ОПН

 

в

 

нормальном

 

режиме

 

эксплуа

-

тации

.  

Р

Табл

. 2. 

Степень

 

неисправности

 

ОПН

 110–750 

кВ

 

по

 

значениям

 

превышения

 

температуры

Превышение

 

температуры

 

Принимаемые

 

меры

От

 0°C 

до

 5°C

Нормальная

 

эксплуатация

 

ОПН

От

 5°C 

до

 

12–15°

С

 

Запланировать

 

дополнительные

 

испытания

 

ОПН

провести

 

очистку

 

внешней

 

изоляции

Свыше

 15°

С

Аварийный

 

дефект

Вывести

 

аппарат

 

из

 

эксплуатации

 

в

 

ближайшее

 

время

провести

 

дополнительные

 

испытания

 

в

 

лаборатории

Санкт

-

Петербургское

научно

-

производственное

объединение
АО

 «

Полимер

-

Аппарат

»

разрабатывает

 

и

 

производит

www.polymer-apparat.ru

тел

./

факс

: (812) 331-40-40

(

многоканальный

)

Для

 

любого

 

класса

напряжений

 

от

 0,22 

кВ

 

до

 750 

кВ

Гарантия

 

до

 10 

лет

Срок

 

службы

 30 

лет

Для

 

комплектации

 

ограничителей

используются

 

варисторы

различных

 

диаметров

 

и

 

толщин

производства

 

фирмы

EPCOS (

Германия

)

Возможно

 

изготовление

 

ОПН

с

 

любым

 

наибольшим

длительно

 

допустимым

рабочим

 

напряжением

Вся

 

продукция

 

прошла

полный

 

комплекс

 

испытаний

в

 

лабораториях

 

ОАО

 «

НИЦ

 

ВВА

»,

ОАО

 «

НИИПТ

», 

ОАО

 «

НИИВА

»

НЕЛИНЕЙНЫЕ
ОГРАНИЧИТЕЛИ

 

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

(

ОПН

)

научно

-

производственное

 

объединение

АО

 «

Полимер

-

Аппарат

»

На

 

прав

ах

 

рек

ламы

 2 (71) 2022


Читать онлайн

Колычев А.В., заместитель директора по научной работе АО «Полимер-Аппарат»
Кемпонен М.Э., заместитель директора по научной работе АО «Полимер-Аппарат»

Профилактические испытания ограничителей перенапряжений (ОПН) проводят в соответствии с РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования». Они состоят из измерения сопротивления ограничителя, измерения тока проводимости или проведения тепловизионного контроля ОПН.

Каждый из методов имеет свои достоинства и недостатки. При тепловизионном контроле фиксируются значения температуры по высоте и по периметру ограничителя, а также зоны с локальными нагревами.

Задачи диагностики ОПН должны заключаться в выявлении факторов развития дефектов в изоляционной покрышке и варисторной колонке, которые проявляются в увеличении воздействующего напряжения в части варисторной колонки ОПН больше допустимой величины.

Развитие дефектов в изоляционной покрышке в большинстве случаев связано с плохой адгезией резиновой оболочки со стеклопластиковой трубой и, как следствие, попаданием влаги. Что приводит к образованию проводящего трека в стеклопластике. За счет емкостных связей развитие трека приводит к шунтированию части варисторов и повышению воздействующего напряжения на остальные варисторы ОПН.

За допустимую величину напряжения в варисторной колонке или на отдельных варисторах необходимо принять значение испытательного напряжения при проведении квалификационных испытаний ОПН (секции ОПН, варисторов) на старение. Обычно испытательное напряжение составляет Uисп = 1,1Uнро, которое учитывает допустимую степень неравномерности распределения электрического поля вдоль колонки варисторов. При увеличении воздействующего напряжения свыше Uисп в колонке варисторов ОПН может произойти деградация варисторной керамики и старение варисторов. При этом происходит значительное увеличение активной составляющей тока утечки и мощности потерь.

Активная составляющая тока ОПН сильно зависит от величины приложенного синусоидального напряжения. Нелинейность вольтамперной характеристики варисторов при приложении синусоидального напряжения производит высшие нечетные гармоники в полном токе утечки. Высшие гармоники тока — 3, 5, 7 и т.д. характеризуют активную составляющую тока. Гармоническое содержание зависит от величины активной составляющей тока и степени нелинейности, которая, в общем случае, является функцией напряжения и температуры. Например, содержание третьей гармоники к полному активному току составляет от 10% до 20%. Наличие высших гармоник активного тока, протекающего через варистор, может быть использовано как индикатор состояния нелинейного ограничителя перенапряжений. Дополнительный ток утечки, связанный с увлажнением слоя загрязнения на поверхности изоляции, в большей степени влияет на величину тока основной частоты и в меньшей степени — на увеличение тока нечетных гармоник.

На рисунке 1 показаны экспериментальные зависимости относительного роста тока третьей гармоники для ОПН-110 кВ и ОПН-500 кВ, изготовленные на варисторах фирмы «Epcos AG». Характерные зависимости относительного роста активного тока, третьей гармоники тока, а также мощности потерь в зависимости от напряжения и температуры показаны на рисунках 2 и 3 [1], отнесенные к аналогичным показателям при Uнро и T = +20°C, соответственно.

За критерий оценки состояния ОПН с полимерной изоляцией можно использовать значение тока третьей гармоники, который характеризует активную составляющую тока утечки ОПН.

Рис. 1. Зависимости тока третьей гармоники ОПН-110 кВ и ОПН-500 кВ от приложенного напряжения при использовании различных типов варисторов

Как видно из рисунков 1–2, повышение напряжения на 10% приводит к росту третьей гармоники в 1,8–2 раза. При увеличении приложенного напряжения до 1,2Uнро рост третьей гармоники происходит в 4–4,5 раза. Например, для ОПН-110 кВ значение третьей гармоники при Uнро составляет 20 мкА, для ОПН-500 кВ — 40 мкА. Допустимые значения тока проводимости в режиме измерения третьей гармоники 150 Гц для ОПН-110 кВ составляют не более 60 мкА, для ОПН-500 кВ — 120 мкА.

Рис. 2. Характерные зависимости активного тока, третьей гармоники тока и мощности потерь ОПН в зависимости от приложенного напряжения

Соответственно, диагностику ОПН по третьей гармонике можно осуществлять по критерию увеличения действующего значения (таблица 1).

При эксплуатации ОПН в районах с сильным загрязнением атмосферы перед измерением токов проводимости ограничителей рекомендуется провести очистку внешней изоляции мыльным раствором или активными растворами на водной основе от загрязнений. При устойчивой тенденции увеличения тока проводимости и превышения допустимых значений аппараты должны быть выведены из эксплуатации для проведения испытаний в лаборатории согласно ПСИ и определения причин изменения характеристик аппаратов.

Компания «Полимер-Аппарат» разработала устройства для измерений тока проводимости ОПН под рабочим напряжением. К ним относятся ИТУС-1 и ИТУС-2. Прибор ИТУС-1 предназначен для комплексного контроля состояния
ОПН. Прибор устанавливается в цепи заземления ограничителя. Устройство позволяет делать измерение амплитуды и действующего значения 1, 3 и 5 гармоник тока утечки ОПН 110–750 кВ. Выход прибора из строя не влияет на работу ОПН. Также ИТУС-1 регистрирует импульсы тока, протекающие через ОПН: грозовой импульс тока с амплитудой 1 кА и более, коммутационный импульс тока с амплитудой 0,2 кА и более. Индикация полученных значений — цифровая, на светодиодном индикаторе. Снятие показаний информации происходит путем нажатия на кнопки прибора, расположенные на изоляционном корпусе без касания токоведущих частей.

Рис. 3. Характерные зависимости активного тока, третьей гармоники тока и мощности потерь ОПН в зависимости от температуры

Приборы ИТУС-1 прошли опытную эксплуатацию в энергосистемах России и имеют соответствующие сертификаты.

Прибор ИТУС-2-LR, встраиваемый в шину заземления ОПН, позволяет с помощью пульта сбора данных ИТУС-ПСД-1 дистанционно проводить измерения тока утечки, протекающего через ОПН под рабочим напряжением сети.

Пульт дистанционного сбора данных ИТУС-ПСД-1 в совокупности с набором приборов мониторинг состояния ОПН ИТУС-2-LR образуют беспроводную сеть, позволяющую в любой момент получить информацию о состоянии всех ОПН объекта (электростанции, подстанции и т.д.). Для считывания и просмотра данных о состоянии ОПН к ИТУС-ПСД-1 подключается ПК. С помощью фирменного ПО данные передаются в ПК, где они могут быть сохранены, просмотрены, проанализированы и выведены на печать в виде протокола. ИТУС-ПСД-1 имеет возможность передавать данные мониторинга ОПН в АСУ ТП подстанции.

Питание ИТУС-2-LR — автономное, от встроенного элемента питания. Средний срок службы от одного элемента питания — не менее 10 лет.

Передача измеренных параметров осуществляется автоматически, не реже 1 раза в сутки. Также передача данных может быть осуществлена при запросе обслуживающего персонала.

Система позволяет проводить следующие измерения:

  • амплитудного значения тока утечки ОПН (в полосе частот от 50 Гц до 500 Гц) от 0,1 мА до 10 мА;
  • действующего значения 1, 3 и 5-й гармоник тока утечки ОПН от 0,01 мА до 10 мА;
  • температуры окружающего воздуха в диапазоне от –50°С до +50°С;
  • регистрировать число срабатываний ОПН при протекании импульсных токов.

Достоинством прибора ИТУС-2-LR является возможность встраивания его в систему АСУ-ТП. Применение системы мониторинга состояния ОПН ИТУС-2-LR допустимо в местах с повышенными значениями электромагнитного поля, где работа обслуживающего персонала ограничена по времени.

Система комплексного мониторинга состояния ОПН имеет положительный опыт эксплуатации в электрических сетях ПАО «Россети Юг». При эксплуатации не было нареканий на работу приборов ИТУС-1 и пульта передачи данных.

ТЕПЛОВИЗИОННЫЙ КОНТРОЛЬ ОПН

Появление дефектов в изоляционной покрышке или варисторной сборке, как правило, приводит к росту температуры в данной области ОПН. Изменение температуры происходит как на колонке варисторов, так и на внешней изоляционной покрышке.

Критерии удовлетворительной оценки состояния ограничителей:

  • все ограничители (в случае одинаковых условий их эксплуатации) должны иметь одинаковый нагрев;
  • превышение температуры ограничителя над температурой окружающей среды во всем диапазоне рабочих температур окружающей среды не должно превышать определенного значения △T;
  • не должно отмечаться точек локального нагрева.

Недостатки тепловизионной диагностики нелинейных ограничителей перенапряжений с полимерной изоляцией:

  • необходимо учитывать влияние внешних источников тепла, таких как нагрев от токоведущих шин, нагрев солнечным светом;
  • фиксируются значения температуры на внешней поверхности полимерной покрышки ОПН, а не варисторной сборки ОПН;
  • температура ОПН зависит от токов утечки, протекающих по поверхности увлажненного слоя загрязнения изоляционной покрышки ОПН [2];
  • температура ОПН зависит от внешних факторов охлаждения ограничителя и конструкционных особенностей.

Температурные зависимости построены исходя из тепловой модели ОПН на основе уравнений осесимметричной теплопроводности ОПН, которое справедливо в пределах высоты варисторной колонки аппарата [3, 4].

Рис. 4. Зависимость превышения температуры ОПН, T (°С) над температурой окружающего воздуха (Tокр = 20°С) в зависимости от активной мощности, выделяемой в ограничителе: 1 — температура варисторной колонки ОПН; 2, 2 — температура на покрышке и ребрах ОПН; 2'' — температура на покрышке ОПН с учетом внешнего охлаждения

На рисунке 4 представлена зависимость температуры варисторной керамики и внешней изоляционной покрышки в зависимости от мощности активных потерь в ОПН.

Кривая 1 соответствует температуре на колонке варисторов, кривые 2 и 2' — температуре на изоляционной покрышке и на ребрах, кривая 2'' — температуре на покрышке с учетом факторов внешнего охлаждения.

Как видно из рисунка 4, температура варисторной колонки ОПН может значительно отличатся от температуры на изоляционной покрышке.

За допустимую величину перегрева варисторной колонки можно принять 25°С, температура на внешней изоляции — 12–15°С. При этом воздействующее напряжение в колонке варисторов или в ее части будет превышать 1,2 Uнро.

Соответственно, диагностику ОПН по тепловизионному контролю можно осуществлять по критерию превышения температуры ОПН над температурой окружающего воздуха (таблица 2).

Однозначно определить допустимую температуру аппарата без учета всех факторов представляется достаточно сложной задачей. Например, при увеличении теплоотдачи за счет внешнего охлаждения (например, ветра) температура может значительно отличаться от температуры ОПН в нормальном режиме эксплуатации.


ЛИТЕРАТУРА

  1. ГОСТ Р 53735.5-2009. Разрядники вентильные и ограничители перенапряжений нелинейные для электроустановок переменного тока на напряжение от 3 до 750 кВ. Часть 5. Рекомендации по выбору и применению. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200081517.
  2. Дмитриев В.Л. Диагностика ОПН в эксплуатации // Новости Электротехники, 2007, № 5 (47).
  3. Колкунова И., Кадзов Г.Д., Титков В.В., Таджибаев А.И. Исследование тепловых режимов в ограничителях перенапряжения при различных повреждениях. Материалы Международной научно-технической конференции «Перенапряжения и надежность эксплуатации электрооборудования». Санкт-Петербург, 2003.
  4. Агавердиев И.Н., Эйвазов Д.Г., Титков В.В. Особенности теплового режима нелинейных ограничителей перенапряжений в условиях длительной перемежающейся дуги заземления // ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность, 2004, № 6.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»